KR20150021769A - 수소이온농도 측정 센서 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 수소이온농도 측정 센서 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 수소이온농도 측정 센서는, 기판; 기판상에 형성되는 지시 전극; 기판상에 형성되는 기준 전극; 및 기판을 덮어서 지시 전극과 기준 전극으로 시료가 공급되는 챔버를 형성하는 커버부를 포함하며, 지시 전극은, 적어도 일부가 시료와 접촉 가능하도록 기판상에 형성되고, 시료의 수소이온과 감응하여 시료의 수소이온농도에 따라 전위 값이 가변되는 단일벽 탄소나노튜브층을 포함한다.
Description
본 발명은 수소이온농도를 측정하는 센서 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
수소이온농도 측정 센서는 생체 및 임상 분석, 현장에서 환경에 대한 실시간 모니터링, 그리고 산업 공정 등을 제어하는데 있어서 매우 중요하다. 수소이온농도 측정 센서 중에서 전위차 분석법을 이용하는 pH 센서는 작은 전극을 사용하여 신속하고 편리하게 pH 값을 측정한다. 금속/금속 산화물을 이용한 전극이나, 고분자 막전극을 이용한 전고체(all-solid-state) pH 전극은 유리 전극에 비해 튼튼하고 값싸게 제작할 수 있으며 보관하기 편리하고 소형화가 가능한 장점을 갖는다. 그러나, 금속 산화물을 이용한 pH 전극은 멀티 스텝을 통해 기판 위에 여러 층의 금속을 제작해야 하고, 고분자막을 이용한 pH 전극은 안정된 전위를 측정하기 위하여 고분자막과 전극 사이에 전자전달 매개체로 전도성 고분자나 나노구조의 탄소재료를 사용해야 한다는 단점을 갖는다. 뿐만 아니라, 종래의 수소이온농도 측정 센서는 플렉시블한 기판에 구현할 경우, 센서가 손상되거나 측정 오차가 발생하는 문제점을 갖는다.
본 발명은 제조 공정이 단순하며, 제조 비용이 저렴한 수소이온농도 측정 센서 및 이의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 플렉시블(flexible)한 수소이온농도 측정 센서 및 이의 제조 방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 방해이온에 의한 전위 측정 영향이 적은 수소이온농도 측정 센서 및 이의 제조 방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 소량의 시료만으로도 수소이온농도를 측정할 수 있고, 연속적으로 수소이온농도를 측정할 수 있는 마이크로플루이딕 칩 형태의 수소이온농도 측정 센서 및 이의 제조 방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급된 과제로 제한되지 않는다. 언급되지 않은 다른 기술적 과제들은 이하의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 수소이온농도 측정 센서는, 기판; 상기 기판상에 형성되는 지시 전극; 상기 기판상에 형성되는 기준 전극; 및 상기 기판을 덮어서, 상기 지시 전극과 상기 기준 전극으로 시료가 공급되도록 하는 챔버를 형성하는 커버부를 포함하며, 상기 지시 전극은, 적어도 일부가 상기 시료와 접촉 가능하도록 상기 기판상에 형성되고, 상기 시료의 수소이온과 감응하여 상기 시료의 수소이온농도에 따라 전위 값이 가변되는 단일벽 탄소나노튜브층을 포함한다.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 상기 수소이온농도 측정 센서는, 상기 지시 전극과 상기 기준 전극 간의 전위 차에 따라 상기 시료의 수소이온농도를 측정하는 측정부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 상기 단일벽 탄소나노튜브층은, 상기 시료의 수소이온과 감응하는 기능과, 수소이온 감응에 따라 가변되는 전위 값을 상기 측정부로 전달하는 기능을 동시에 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 상기 단일벽 탄소나노튜브층은, 상기 시료와 접촉 가능하도록 상기 기판상에 형성되고, 상기 시료의 수소이온과 감응하여 상기 시료의 수소이온농도에 따라 전위 값이 가변되는 제1 단일벽 탄소나노튜브층을 포함하는 수소이온 감응부; 및 상기 기판상에 상기 수소이온 감응부와 연결되도록 형성되고, 상기 시료의 수소이온농도에 따라 가변되는 상기 전위 값을 상기 측정부 측으로 전달하는 제2 단일벽 탄소나노튜브층을 포함하는 연결부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 상기 기준 전극은, 상기 기판상에 형성되는 단일벽 탄소나노튜브 필름; 및 상기 단일벽 탄소나노튜브 필름상의 적어도 일부에 형성되며, 기준 전위 값을 갖는 전극을 포함하며, 상기 단일벽 탄소나노튜브 필름은, 상기 전극의 상기 기준 전위 값을 상기 측정부 측으로 전달할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 상기 전극은, Ag/AgCl 전극을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 상기 커버부는, 상기 시료를 상기 챔버 안으로 유입하기 위한 유입구; 및 상기 시료를 상기 챔버로부터 배출하기 위한 배출구를 더 구비할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 상기 수소이온농도 측정 센서는, 마이크로플루이딕 칩 형태로 구현될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 상기 단일벽 탄소나노튜브층은, 상기 시료의 수소이온과의 감응에 따라 전자 구조와 페르미 레벨이 변화되는 반도체성과, 전위 값을 전달하는 금속성을 동시에 갖는 단일벽 탄소나노튜브로 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 상기 커버부는, PDMS 재질의 몰드로 이루어질 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 일 측면에 따르면, 기판; 상기 기판상에 형성되는 지시 전극; 및 상기 기판상에 형성되는 기준 전극을 포함하며, 상기 지시 전극은, 시료의 수소이온과 감응하는 단일벽 탄소나노튜브층을 포함하는 수소이온농도 측정 센서가 제공될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 상기 단일벽 탄소나노튜브층은, 적어도 일부가 상기 시료와 접촉 가능하도록 상기 기판상에 형성되고, 상기 시료의 수소이온과 감응하여 상기 시료의 수소이온농도에 따라 전위 값이 가변될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 상기 기판은, 플렉시블한 소재로 이루어질 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 또 다른 일 측면에 따르면, 기판상에 단일벽 탄소나노튜브층을 포함하는 지시 전극을 형성하는 단계; 및 상기 기판상에 기준 전극을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 단일벽 탄소나노튜브층은, 적어도 일부가 상기 시료의 수소이온과 감응하여 상기 시료의 수소이온농도에 따라 전위 값이 가변되는 수소이온농도 측정 센서의 제조 방법이 제공될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 상기 지시 전극을 형성하는 단계는, 진공여과법을 이용하여 상기 기판상에 단일벽 탄소나노튜브층을 박막 형태로 증착하는 단계; 광식각을 통해 상기 단일벽 탄소나노튜브층상에 감광성 고분자 패턴을 형성하는 단계; 상기 감광성 고분자 패턴이 형성된 상기 단일벽 탄소나노튜브층에 대해 축전결합 플라즈마 방식의 산소 플라즈마 처리를 수행하는 단계; 및 에탄올을 이용하여 상기 감광성 고분자를 제거하여 패터닝된 단일벽 탄소나노튜브층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 상기 수소이온농도 측정 센서의 제조 방법은, 상기 기판에 커버부를 덮어 상기 지시 전극과 상기 기준 전극으로 시료가 공급되는 챔버를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 상기 챔버를 형성하는 단계는, 소프트 식각법을 이용해 제작된 PDMS 몰드를 산소 플라즈마 처리를 통해 상기 기판상에 부착하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 상기 수소이온농도 측정 센서의 제조 방법은, 상기 지시 전극과 상기 기준 전극 간의 전위 차에 따라 상기 시료의 수소이온농도를 측정하도록 측정부를 연결하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 의하면, 수소이온농도 측정 센서의 제조 공정을 단순화하고, 저렴한 비용으로 수소이온농도 측정 센서를 제조할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 의하면, 플렉시블(flexible)한 수소이온농도 측정 센서를 제조할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 의하면, 방해이온에 의한 전위 측정 영향이 적은 수소이온농도 측정 센서를 제조할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 의하면, 소량의 시료만으로도 수소이온농도를 측정할 수 있고, 연속적으로 수소이온농도를 측정할 수 있는 마이크로플루이딕 칩 형태의 수소이온농도 측정 센서를 제조할 수 있다.
본 발명의 효과는 상술한 효과들로 제한되지 않는다. 언급되지 않은 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 수소이온농도 측정 센서의 사시도이다.
도 2a 내지 도 2f는 본 발명의 일 실시 예에 따른 수소이온농도 측정 센서의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 수소이온농도 측정 센서를 구성하는 단일벽 탄소나노튜브층을 전계방사형 전자현미경(FE-SEM; Field Emission-Scanning Electron Microscopy)으로 관찰한 영상을 보여준다.
도 4는 도 1에 도시된 실시 예에 따른 수소이온농도 측정 센서의 시간에 따른 열린 회로 전위의 변화를 보여주는 그래프이다.
도 5는 도 1에 도시된 실시 예에 따른 수소이온농도 측정 센서의 시료의 pH에 따른 열린 회로 전위의 변화를 보여주는 그래프이다.
도 6은 도 1에 도시된 실시 예에 따른 수소이온농도 측정 센서의 유량에 따른 열린 회로 전위의 변화를 보여주는 그래프이다.
도 7은 도 1에 도시된 실시 예에 따른 수소이온농도 측정 센서의 방해 이온에 의한 개방 회로 전위의 변화를 보여주는 그래프이다.
도 8은 본 발명의 다른 일 실시 예에 따른 수소이온농도 측정 센서를 보여주는 도면이다.
도 9는 도 8에 도시된 실시 예에 따른 수소이온농도 측정 센서의 시간에 따른 열린 회로 전위의 변화를 보여주는 그래프이다.
도 10은 도 8에 도시된 실시 예에 따른 수소이온농도 측정 센서의 시료의 pH에 따른 열린 회로 전위의 변화를 보여주는 그래프이다.
도 2a 내지 도 2f는 본 발명의 일 실시 예에 따른 수소이온농도 측정 센서의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 수소이온농도 측정 센서를 구성하는 단일벽 탄소나노튜브층을 전계방사형 전자현미경(FE-SEM; Field Emission-Scanning Electron Microscopy)으로 관찰한 영상을 보여준다.
도 4는 도 1에 도시된 실시 예에 따른 수소이온농도 측정 센서의 시간에 따른 열린 회로 전위의 변화를 보여주는 그래프이다.
도 5는 도 1에 도시된 실시 예에 따른 수소이온농도 측정 센서의 시료의 pH에 따른 열린 회로 전위의 변화를 보여주는 그래프이다.
도 6은 도 1에 도시된 실시 예에 따른 수소이온농도 측정 센서의 유량에 따른 열린 회로 전위의 변화를 보여주는 그래프이다.
도 7은 도 1에 도시된 실시 예에 따른 수소이온농도 측정 센서의 방해 이온에 의한 개방 회로 전위의 변화를 보여주는 그래프이다.
도 8은 본 발명의 다른 일 실시 예에 따른 수소이온농도 측정 센서를 보여주는 도면이다.
도 9는 도 8에 도시된 실시 예에 따른 수소이온농도 측정 센서의 시간에 따른 열린 회로 전위의 변화를 보여주는 그래프이다.
도 10은 도 8에 도시된 실시 예에 따른 수소이온농도 측정 센서의 시료의 pH에 따른 열린 회로 전위의 변화를 보여주는 그래프이다.
본 발명의 다른 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술하는 실시 예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
만일 정의되지 않더라도, 여기서 사용되는 모든 용어들(기술 혹은 과학 용어들을 포함)은 이 발명이 속한 종래 기술에서 보편적 기술에 의해 일반적으로 수용되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 일반적인 사전들에 의해 정의된 용어들은 관련된 기술 그리고/혹은 본 출원의 본문에 의미하는 것과 동일한 의미를 갖는 것으로 해석될 수 있고, 그리고 여기서 명확하게 정의된 표현이 아니더라도 개념화되거나 혹은 과도하게 형식적으로 해석되지 않을 것이다. 공지된 구성에 대한 일반적인 설명은 본 발명의 요지를 흐리지 않기 위해 생략될 수 있다. 본 발명의 도면에서 동일하거나 상응하는 구성에 대하여는 가급적 동일한 도면부호가 사용된다.
본 발명의 실시 예에 따른 수소이온농도 측정 센서는 지시 전극(Working Electrode)으로 시료의 수소이온과 감응하여 시료의 수소이온농도에 따라 전위 값이 가변되는 단일벽 탄소나노튜브층이 활용된다.
단일벽 탄소나노튜브(SWCNTs; Single-Wall Carbon Nano-Tubes)는 뛰어난 전기적, 화학적, 열적, 기계적 성질을 갖는 물질로서, 지시 전극의 단일벽 탄소나노튜브층은 시료의 수소이온과의 감응에 따라 전자 구조와 페르미 레벨이 변화되는 반도체성과, 전위 값을 전달하는 금속성을 동시에 갖는다. 지시 전극의 단일벽 탄소나노튜브층은 시료의 수소이온과 감응하는 기능과, 수소이온 감응에 따라 가변되는 전위 값을 측정부로 전달하는 기능을 동시에 갖는다.
따라서, 하나의 단일벽 탄소나노튜브층에 의하여 수소이온 감응 기능과 전위 값 전달 기능을 동시에 수행할 수 있으므로, 수소이온 감응 물질과 측정부 간에 전위 값을 전달하는 별도의 부재를 형성하는 공정이 생략되고, 그에 따라 수소이온농도 측정 센서의 제조 공정 비용을 절감할 수 있다.
또한, 지시 전극의 단일벽 탄소나노튜브층은 방해 이온에 의한 전위 측정 영향을 적게 받기 때문에, 다양한 시료에 대한 수소이온농도의 측정 신뢰도를 높일 수 있다. 지시 전극의 단일벽 탄소나노튜브층은 강한 휨에도 저항의 변화가 거의 없는 높은 유연성을 가지며, 수소이온 감응 기능을 잘 유지하는 특성을 갖는다. 이와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 수소이온농도 측정 센서는 플렉시블(flexible)한 특성을 가지므로, 혈액의 pH 측정을 위해 수소이온농도 측정 센서를 인체에 부착하는 등의 방식으로 수소이온농도를 용이하게 측정할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 수소이온농도 측정 센서는 유입구와 배출구를 구비한 커버부에 의해 기판상의 기준 전극과 지시 전극으로 시료가 공급되는 챔버를 형성한 마이크로플루이딕 칩 형태의 구조를 갖는다. 따라서, 본 발명의 실시 예에 의하면, 소량의 샘플로도 수소이온농도를 측정할 수 있고, 신속하고 연속적으로 수소이온농도(pH)를 측정할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 수소이온농도 측정 센서의 사시도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 수소이온농도 측정 센서(100)는 기판(110), 기판(110)상에 형성되는 지시 전극(120)과 기준 전극(130), 커버부(140) 및 측정부(150)를 포함한다. 도 1에 도시된 수소이온농도 측정 센서(100)는 마이크로플루이딕 칩(micro-fluidic chip) 형태로 구현된다.
일 실시 예로, 기판(110)은 PET, 유리(glass) 등의 기판일 수 있다. 지시 전극(120)은 단일벽 탄소나노튜브층(121)으로 이루어져 있다. 단일벽 탄소나노튜브층(121)은 기판(110)상에 박막 형태로 증착된 후, 감광제를 이용한 광식각 공정과 산소 플라즈마 처리에 의하여 설계된 형상으로 패터닝될 수 있다.
기준 전극(Reference Electrode)(130)은 기판(110)상에 지시 전극(120)과 이격된 위치에 형성된다. 일 실시 예에서, 기준 전극(130)은 단일벽 탄소나노튜브 필름(132)과 전극(131)으로 이루어질 수 있다. 단일벽 탄소나노튜브 필름(132)은 단일벽 탄소나노튜브층(121)과 동일한 공정을 통하여 설계된 형상으로 패터닝될 수 있다. 단일벽 탄소나노튜브층(121)과 단일벽 탄소나노튜브 필름(132)을 동일한 공정에 의하여 기판(110) 상에 형성하면, 공정을 보다 단순화하고 공정 비용을 절감할 수 있다. 기준 전극(130)의 전극(131)은 단일벽 탄소나노튜브 필름(132)상의 일측에 형성되며, 실질적으로 시료의 수소이온농도에 의해 변동되지 않는 기준 전위 값을 갖는다. 기준 전극(130)의 전극(131)은 전위가 알려져 있는 전극, 예를 들어, Ag/AgCl 전극 등으로 이루어질 수 있다. 기준 전극(130)의 단일벽 탄소나노튜브 필름(132)은 전극(131)에 형성되는 기준 전위 값을 측정부(150) 측으로 전달한다.
커버부(140)는 기판(110)을 덮어 지시 전극(120)과 기준 전극(130)으로 시료가 공급되는 챔버(142)를 형성하며, 챔버(142)로 시료가 유입되는 유입구(141) 및 챔버(142)로부터 시료가 배출되는 배출구(143)를 구비한다. 일 실시 예에 있어서, 커버부는, PDMS(Poly(DiMenthyl-Siloxane)) 재질의 몰드로 이루어질 수 있다. 지시 전극(120)과 기준 전극(130)의 높이에 따라 커버부(140)의 하면이 기판(110)의 상면으로부터 이격되는 것을 방지하기 위해, 커버부(140)의 하면에는 지시 전극(120)과 기준 전극(130)과 대응하는 형상으로 챔버(142)가 형성되거나, 챔버(142) 외의 홈(미도시)이 형성될 수도 있다.
일 실시 예로, 지시 전극(120)을 이루는 단일벽 탄소나노튜브층(121)은 제1 단일벽 탄소나노튜브층으로 이루어지는 수소이온 감응부(1211)와, 제2 단일벽 탄소나노튜브층으로 이루어지는 연결부(1212)의 두 부분으로 이루어져 있다. 수소이온 감응부(1211)는 기판(110)상에 시료와 접촉 가능하도록 형성되고, 시료의 수소이온과 직접 감응하여 시료의 수소이온농도에 따라 전위 값이 가변된다.
연결부(1212)는 기판(110)상에 수소이온 감응부와 연결되도록 형성되며, 수소이온 감응부(1211)에서 시료의 수소이온농도에 따라 가변적으로 형성된 전위 값을 측정부(150) 측으로 전달한다.
커버부(140)의 유입구(141)를 통해 챔버(142)로 유입된 액체 시료는 챔버(142) 내에서 지시 전극(120)의 수소이온 감응부(121)와 기준 전극(130)의 전극(131)에서 체류한 후, 커버부(140)의 배출구(143)를 통해 외부로 배출된다.
단일벽 탄소나노튜브층(121)은 시료의 수소이온과의 감응에 따라 전자 구조와 페르미 레벨이 변화되는 반도체성과, 전위 값을 전달하는 금속성을 동시에 갖는 단일벽 탄소나노튜브로 이루어진다. 즉, 단일벽 탄소나노튜브층(121)은 시료의 수소이온과 감응하는 기능과, 수소이온 감응에 따라 가변되는 전위 값을 측정부(150)로 전달하는 기능을 동시에 갖는다.
따라서, 하나의 단일벽 탄소나노튜브층(121)에 의하여 수소이온 감응 기능과 전위 값 전달 기능을 동시에 수행할 수 있으므로, 측정부로 전위 값을 전달하기 위한 별도의 도전성 부재를 형성하는 공정이 생략되며, 수소이온농도 측정 센서의 제조 공정을 단순화하고, 제조 비용을 절감할 수 있다.
단일벽 탄소나노튜브 필름(132)에서 챔버(142) 측에 위치한 영역은, 전극(131)에 의하여 덮여져 있어 시료와 접촉되지 않으므로, 기준 전극(130)의 전위 값은 시료의 수소이온농도에 의하여 변화되지 않은 채, 기준 전위 값을 유지한다.
측정부(150)는 직접 전위차법에 의하여, 지시 전극과 기준 전극 간의 전위 차에 따라 시료의 전기화학전지의 전위를 나타내는 pH 값을 측정하는 등의 방식으로 수소이온농도를 측정한다. 측정부(150)는 기판(110)상에 고정되거나 혹은 기판(110) 외부에 구비되어, 지시 전극(120)과 기준 전극(130)의 접점(122,133)에 전선 등에 의하여 연결되고, 접점(122,133)을 통해 전달되는 지시 전극(120)과 기준 전극(130) 간의 전위 차에 근거하여, 시료의 수소이온농도를 산출할 수 있다.
지시 전극(120)을 이루는 단일벽 탄소나노튜브층(121)의 수소이온 감응부(1211)는 단일벽 탄소나노튜브의 특성으로 인해, 방해 이온에 의한 전위의 영향을 적게 받기 때문에, 다양한 시료에 대한 수소이온농도의 측정 신뢰도를 높일 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 수소이온농도 측정 센서(100)는 유입구(141)와 배출구(143)를 구비한 커버부(140)에 의해 기판(110)상의 수소이온 감응부(1211)와 전극(131)으로 시료가 공급되는 챔버(142)를 형성한 마이크로플루이딕 칩(micro-fluidic chip) 형태의 구조를 가지므로, 소량의 샘플로도 수소이온농도를 측정할 수 있고, 유입구(141)를 통해 시료를 연속적으로 혹은 일정 시간 간격으로 투입하여 신속하고 연속적으로 수소이온농도(pH)를 측정할 수 있다. 한편, 넓은 기판(110)상에 다수 개의 수소이온농도 측정 센서(100)를 형성한 후, 절단함으로써, 수소이온농도 측정 센서(100)를 대량 생산할 수도 있다.
도 2a 내지 도 2f는 본 발명의 일 실시 예에 따른 수소이온농도 측정 센서의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다. 먼저, 도 2a를 참조하면, 기판(110)상에 단일벽 탄소나노튜브 박막층(120a)이 형성될 수 있다. 일 실시 예에 있어서, 단일벽 탄소나노튜브 박막층(120a)은 진공 여과법(vacuum filtration method)을 이용하여 기판(110) 위에 박막 형태로 균일하게 증착될 수 있다. 단일벽 탄소나노튜브 박막층(120a)은 도 2b 내지 도 2d에 도시된 과정을 통해 지시 전극(120)의 단일벽 탄소나노튜브층(121)과 기준 전극(130)의 단일벽 탄소나노튜브 필름(132)으로 패터닝될 것이다.
도 2b를 참조하면, 광식각(photo-lithography) 방식으로서, 단일벽 탄소나노튜브 박막층(120a) 위에 감광성 고분자(photoresist polymer) 패턴(PR)이 형성된다. 감광성 고분자 패턴(PR)은 지시 전극(120)의 단일벽 탄소나노튜브층(121) 및 기준 전극(130)의 단일벽 탄소나노튜브 필름(132)의 설계된 패턴과 대응하도록 형성될 수 있다.
이어서, 감광성 고분자 패턴(PR)이 형성된 단일벽 탄소나노튜브 박막층(120a)에 축전결합 플라즈마(capacitively-coupled plasma) 방식의 산소 플라즈마 에칭 처리를 수행함으로써, 도 2c에 도시된 바와 같이 기판(110)상에 패터닝된 단일벽 탄소나노튜브층(121) 및 단일벽 탄소나노튜브 필름(132)을 형성할 수 있다.
도 2d를 참조하면, 패터닝된 단일벽 탄소나노튜브층(121) 및 단일벽 탄소나노튜브 필름(132) 위에 남아있는 감광성 고분자 패턴(PR)을 에탄올 등의 제거액을 이용하여 제거할 수 있다.
도 2e를 참조하면, 기준 전극(130)의 단일벽 탄소나노튜브 필름(132)상의 일측에 전극(131)이 형성된다. 일 실시 예에서, 단일벽 탄소나노튜브 필름(132)에 시료가 접촉되지 않도록, 전극(131)은 패터닝된 단일벽 탄소나노튜브 필름(132)상의 일측에 입히는 방식으로 제작될 수 있다. 일 실시 예에 있어서, 전극(131)은 Ag/AgCl 페이스트(paste)에 의해 형성될 수 있다.
도 2f를 참조하면, 기판(110)상에서 지시 전극(120)의 수소이온 감응부(1211)와 기준 전극(130)의 전극(131)을 덮어 지시 전극(120)과 기준 전극(130)으로 시료가 공급되는 챔버(142)를 형성하도록, 유입구(141)와 배출구(143)를 구비한 커버부(140)가 기판(110) 위에 부착된다. 일 실시 예에 있어서, 커버부(140)는 PDMS(Poly(DiMenthyl-Siloxane)) 재질의 몰드로 이루어질 수 있다. 일 실시 예에 있어서, 커버부(140)는 소프트 식각법(soft lithography)을 이용해 제작될 수 있다. 커버부(140)는 예를 들어, 낮은 파워의 산소 플라즈마 처리를 통해 기판(110) 위에 부착될 수 있다.
이어서, 지시 전극(120)과 기준 전극(130) 간의 전위 차에 따라 시료의 수소이온농도를 측정하도록 측정부(150)를 연결함으로써, 수소이온농도 측정 센서가 제조된다.
본 발명의 실시 예에 따른 수소이온농도 측정 센서를 제조하여 열린 회로 전위를 측정하는 실험을 수행하였다. 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 수소이온농도 측정 센서를 구성하는 단일벽 탄소나노튜브층을 전계방사형 전자현미경(FE-SEM; Field Emission-Scanning Electron Microscopy)으로 관찰한 영상을 보여준다. 도 3에서, 스케일바(scale bar)는 200nm이다. 이때, 단일벽 탄소나노튜브층(121)은 기판(110)상에 약 100nm의 두께로 균일하게 형성되었으며, 400(ohm/sq)의 면저항과 80%의 투명도를 보였다. 도 3에 도시된 바와 같이, 기판(110)상의 단일벽 탄소나노튜브층(121)에서 단일벽 탄소나노튜브(SWCNT; Single-Wall Carbon Nano-Tube)들이 균일하게 네트워크로 배열되어 있는 것을 확인할 수 있다.
도 4는 도 1에 도시된 실시 예에 따른 수소이온농도 측정 센서의 시간에 따른 열린 회로 전위의 변화를 보여주는 그래프이다. 챔버(142)의 폭은 2mm, 높이는 15㎛ 이하이고, 지시 전극(120)의 수소이온 감응부(1211) 및 기준 전극(130)의 전극(131)의 넓이와 간격은 각각 1mm로 설계되었다. 도 4에 도시된 그래프는 유입구(141)를 통해 5㎕/min의 유량으로 pH 11에서 pH 2까지 시료 용액을 연속적으로 흘려주면서 열린 회로 전위(open circuit potential)를 측정한 결과를 보여준다. 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 수소이온농도 측정 센서는 시료 용액의 pH에 따라 전위 값의 변화를 연속적으로 측정할 수 있다.
도 5는 도 1에 도시된 실시 예에 따른 수소이온농도 측정 센서의 시료의 pH에 따른 열린 회로 전위의 변화를 보여주는 그래프이다. 열린 회로 전위는 pH 3~11 구간에서 높은 선행도(R2 = 0.985)를 가지며, 네른스트(Nernst)식으로 25℃에서 계산한 이론값과 흡사한 59.71(mV/pH)의 기울기를 나타낸다.
도 6은 도 1에 도시된 실시 예에 따른 수소이온농도 측정 센서의 유량에 따른 열린 회로 전위의 변화를 보여주는 그래프이다. 이때, 유량(flow rate)을 0.1~15(㎕/min)까지 조절하면서 pH 4, pH 7, 그리고 pH 10의 시료에 대하여 각각 유량에 따른 열린 회로 전위의 변화를 측정하였다. 도 6에 도시된 바와 같이, 유량에 따라 열린 회로 전위의 변화 폭은 매우 작은 수준이다. 또한, pH에 따른 열린 회로 전위의 변화율에서도 큰 변동이 없이 안정적으로 58.53(mV/pH)의 기울기를 나타내었으며, 변화의 폭은 2%보다 작았다. 본 발명의 실시 예에 따른 수소이온농도 측정 센서는 pH에 대한 감응이 우수하며, 연속적인 pH 분석 시스템으로 적용이 가능하다.
도 7은 도 1에 도시된 실시 예에 따른 수소이온농도 측정 센서의 방해 이온에 의한 개방 회로 전위의 변화를 보여주는 그래프이다. 이때, pH 7의 시료 용액이 사용되었으며, 5㎕/min의 유량으로 KNO3, NaNO3, NaCl 용액의 농도를 10(uM)부터 0.1(M)까지 변화하면서, 열린 회로 전위를 측정하여 나타내었다. 도 7에서 가로축(log C)은 방해 이온의 농도(C)에 로그(log) 값을 취한 값으로 나타내었다.
도 7을 참조하면, KNO3와 NaNO3 용액에서, 본 발명의 실시 예에 다른 수소이온농도 측정 센서의 열린 회로 전위는 10(uM)~0.1(M) 농도 범위에서 7(mV) 내에서 아주 작게 변화한다. 본 발명의 실시 예에 다른 수소이온농도 측정 센서의 열린 회로 전위는 낮은 농도(10uM~0.1mM)의 NaCl 용액에서도 7(mV) 내에서 변화의 폭이 작았다. 높은 농도(10mM~0.1M)의 NaCl 용액에서는 시료 용액의 방해 이온의 농도에 따라 열린 회로 전위 측정값에 약간의 변화가 발생하였으나, 변화하는 폭은 26.5(mV)로 그다지 크지 않은 편이다.
도 8은 본 발명의 다른 일 실시 예에 따른 수소이온농도 측정 센서를 보여주는 도면이다. 도 8에 도시된 실시 예에서, 수소이온농도 측정 센서(100)는 기판(110), 기판(110)상에 형성되는 지시 전극(120)과 기준 전극(130) 및 측정부를 포함할 수 있다. 도 8에 도시된 실시 예에서, 측정부의 도시는 생략되어 있다.
일 실시 예로, 기판(110)은 PET(Poly(Ethylene Terephthalate)) 재질 등으로 이루어지는 플렉시블(flexible)한 소재의 기판일 수 있다. 지시 전극(120)은 단일벽 탄소나노튜브층(121)으로 이루어져 있다. 단일벽 탄소나노튜브층(121)은 기판(110)상에 박막 형태로 증착된 후, 감광제를 이용한 광식각 공정과 산소 플라즈마 처리에 의하여 설계된 형상으로 패터닝될 수 있다.
기준 전극(Reference Electrode)(130)은 기판(110)상에 지시 전극(120)과 이격된 위치에 형성된다. 기준 전극(130)은 단일벽 탄소나노튜브 필름(132)과 전극(131)으로 이루어질 수 있다. 단일벽 탄소나노튜브 필름(132)은 단일벽 탄소나노튜브층(121)과 동일한 공정을 통하여 설계된 형상으로 패터닝될 수 있다. 단일벽 탄소나노튜브층(121)과 단일벽 탄소나노튜브 필름(132)을 동일한 공정에 의하여 기판(110) 상에 형성하면, 공정을 보다 단순화하고 공정 비용을 절감할 수 있다.
기준 전극(130)의 전극(131)은 단일벽 탄소나노튜브 필름(132)상의 말단 측에 형성되며, 실질적으로 시료의 수소이온농도에 의해 변동되지 않는 기준 전위 값을 갖는다. 기준 전극(130)의 전극(131)은 전위가 알려져 있는 전극, 예를 들어, Ag/AgCl 전극 등으로 이루어질 수 있다. 기준 전극(130)의 단일벽 탄소나노튜브 필름(132)은 전극(131)에 형성되는 기준 전위 값을 측정부(150) 측으로 전달한다.
일 실시 예로, 지시 전극(120)을 이루는 단일벽 탄소나노튜브층(121)은 제1 단일벽 탄소나노튜브층으로 이루어지는 수소이온 감응부(1211)와, 제2 단일벽 탄소나노튜브층으로 이루어지는 연결부(1212)의 두 부분으로 이루어져 있다. 수소이온 감응부(1211)는 기판(110)상에 시료와 접촉 가능하도록 형성되고, 시료의 수소이온과 직접 감응하여 시료의 수소이온농도에 따라 전위 값이 가변된다.
연결부(1212)는 기판(110)상에 수소이온 감응부와 연결되도록 형성되며, 수소이온 감응부(1211)에서 시료의 수소이온농도에 따라 가변적으로 형성된 전위 값을 측정부 측으로 전달한다.
단일벽 탄소나노튜브층(121)은 시료의 수소이온과의 감응에 따라 전자 구조와 페르미 레벨이 변화되는 반도체성과, 전위 값을 전달하는 금속성을 동시에 갖는 단일벽 탄소나노튜브로 이루어진다. 즉, 단일벽 탄소나노튜브층(121)은 시료의 수소이온과 감응하는 기능과, 수소이온 감응에 따라 가변되는 전위 값을 측정부로 전달하는 기능을 동시에 갖는다.
따라서, 하나의 단일벽 탄소나노튜브층(121)에 의하여 수소이온 감응 기능과 전위 값 전달 기능을 동시에 수행할 수 있으므로, 측정부로 전위 값을 전달하기 위한 별도의 도전성 부재를 형성하는 공정이 생략되며, 수소이온농도 측정 센서의 제조 공정을 단순화하고, 제조 비용을 절감할 수 있다.
단일벽 탄소나노튜브 필름(132)의 말단 측은 전극(131)에 의하여 덮여져 있어 시료와 직접 접촉되지 않으므로, 기준 전극(130)의 전위 값은 시료의 수소이온농도에 의하여 변화되지 않은 채, 기준 전위 값을 유지한다. 도 8에 도시된 실시 예에서, 수소이온 감응부(1211)와 전극(131)은 원형의 형상을 갖지만, 다른 다양한 형상으로 변형될 수도 있다.
측정부는 직접 전위차법에 의하여, 지시 전극과 기준 전극 간의 전위 차에 따라 시료의 전기화학전지의 전위를 나타내는 pH 값을 측정하는 등의 방식으로 수소이온농도를 측정한다. 측정부는 기판(110)상에 고정되거나 혹은 기판(110) 외부에 구비되어, 지시 전극(120)과 기준 전극(130)의 접점(122,133)에 전선 등에 의하여 연결되고, 접점(122,133)을 통해 전달되는 지시 전극(120)과 기준 전극(130) 간의 전위 차에 근거하여, 시료의 수소이온농도를 산출할 수 있다. 미설명된 도면부호 160은 시료의 흐름을 방지하거나 단일벽 탄소나노튜브 필름(132) 부분이 시료 용액에 잠기지 않도록 기판(110) 상에 부착되는 테이프이다.
도 8에 도시된 스트립 타입의 수소이온농도 측정 센서(100)는 강한 휨에도 저항의 변화가 거의 없는 높은 유연성을 가지며, 플렉시블(flexible)한 특성을 갖는다. 지시 전극(120)의 단일벽 탄소나노튜브층(121)과 기준 전극(130)의 전극(131)은 강한 휨에도 수소이온 감응 기능을 잘 유지하는 특성을 갖는다. 따라서, 본 발명의 실시 예에 따른 수소이온농도 측정 센서(100)는 예를 들어, 혈액의 pH 측정을 위해 인체에 부착하는 등의 방식으로 수소이온농도를 용이하게 측정할 수 있다.
지시 전극(120)을 이루는 단일벽 탄소나노튜브층(121)의 수소이온 감응부(1211)는 단일벽 탄소나노튜브의 특성으로 인해, 방해 이온에 의한 전위의 영향을 적게 받기 때문에, 다양한 시료에 대한 수소이온농도의 측정 신뢰도를 높일 수 있다. 한편, 넓은 기판(110)상에 다수 개의 수소이온농도 측정 센서(100)를 형성한 후, 절단함으로써, 수소이온농도 측정 센서(100)를 대량 생산할 수도 있다. 도 8에 도시된 실시 예에 따른 수소이온농도 측정 센서(100)는 도 2a 내지 도 2e에 도시된 과정에 의하여 제조될 수 있으며, 이에 대하여는 중복되는 설명을 생략한다.
도 9는 도 8에 도시된 실시 예에 따른 수소이온농도 측정 센서의 시간에 따른 열린 회로 전위의 변화를 보여주는 그래프이다. 이때, 지시 전극(120)의 수소이온 감응부(1211)와, 기준 전극(130)의 전극(131)의 지름은 4mm이고, 길이와 폭이 30mm×2mm로 되어 있는 연결 통로(connecting path) 부분에는 단일벽 탄소나노튜브 필름(132)이 시료 용액에 잠기지 않도록 PET 테이프를 기판(110)상에 부착하여 막아주었으며, 도 8에 도시된 스트립 타입의 수소이온농도 측정 센서(100)를 pH 값이 다른 시료 용액에 넣고 열린 회로 전위(open circuit potential)를 측정하였다. 도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 수소이온농도 측정 센서(100)는 시료 용액의 pH에 따라 전위 값의 변화를 연속적으로 측정할 수 있다.
도 10은 도 8에 도시된 실시 예에 따른 수소이온농도 측정 센서의 시료의 pH에 따른 열린 회로 전위의 변화를 보여주는 그래프이다. 열린 회로 전위는 H+ 농도에 따라, pH 3~11 구간에서 높은 선행도(R2 = 0.977)를 가지며, 네른스트(Nernst)식으로 25℃계산한 이론값과 흡사한 59.24(mV/pH)의 기울기를 나타낸다. 본 발명의 실시 예에 따른 수소이온농도 측정 센서(100)는 H+ 농도의 변화에 빠르게 감응한다. 수소이온농도 측정 센서(100)를 시료 용액에 넣으면, 5초 내에 80%의 평행 전위를 측정할 수 있으며, 30초 안에 안정된 전위를 측정할 수 있다.
아래의 표 1은 0.1(M)의 분석물 이온과 방해 이온이 있는 용액에서 플렉시블한 전극의 선택 계수를 정리한 결과이다. 표 1로부터, 방해 이온에 대한 전극의 감응은 H+ 에 대한 감응에 비해 상당히 작은 것을 알 수 있다.
| 방해이온 ( j ) | 농도 (M) | 선택계수( K H +-j ) |
| K+ | 0.1 | 8.1×10-7 |
| Na+ | 0.1 | 6.4×10-8 |
| Li+ | 0.1 | 3.0×10-7 |
| Cl- | 0.1 | 9.8×10-4 |
본 발명의 실시 예에 따른 수소이온농도 측정 센서(100)에서, 단일벽 탄소나노튜브층(121)으로 이루어지는 지시 전극(120)의 전위가 시료 용액의 pH에 따라 변하는 것은, 단일벽 탄소나노튜브층에 H+과 OH-이 도핑되면서 전자 수용체(electron acceptor)와 전자 공여체(electron donor)로 작용하기 때문인 것으로 추정된다. 시료 용액의 H 이온과 OH 이온의 농도가 변함에 따라 반도체성 단일벽 탄소나노튜브의 전자구조(first transition S11)가 변하게 되고, 따라서 지시 전극(120)을 산성과 염기성 용액에 넣게 되면 반도체성 단일벽 탄소나노튜브층(121)의 페르미 레벨(Fermi level)이 낮아지거나 높아진다. 페르미 레벨은 아래의 수식 1과 전극의 전위로 나타낼 수 있다.
[수식 1]
E(electrochemical potential) = Φ(work function)/e - 4.44 (V)
전자구조의 변화 정도는 pH 값이 변화되는 것에 의하여 조절이 가능하므로, 단일벽 탄소나노튜브를 pH 감응 재료로 사용할 수 있다.
단일벽 탄소나노튜브는 헬리시티(helicity)와 지름에 따라 반도체성과 금속성을 갖게 되는데 물리적으로 이를 분리하는 것은 어려운 난제 중의 하나로 되어왔다. 하지만, 본 발명에서는 단일벽 탄소나노튜브의 반도체성과 금속성을 분리하지 않고 함께 사용하며, 단일벽 탄소나노튜브층 혹은 필름을 패터닝하여 pH 감응재료와 지시 전극으로서 활용한다.
본 발명의 실시 예에 따른 수소이온농도 측정 센서는 다른 형태의 전고체(all-solid-state) pH 센서에 비해 제작하는 과정이 단순화되며, 저렴한 비용으로 제조할 수 있는 장점을 갖는다. 본 발명의 실시 예에 따른 수소이온농도 측정 센서는 기판에 여러 개의 지시 전극을 제작하여 여러 시료에 대해 수소이온농도를 동시적으로 측정하는 멀티-측정(multi-detection) 방식으로 구현할 수도 있다. 본 발명의 실시 예에 따른 수소이온농도 측정 센서는 혈액이나 시료 용액 등의 pH 측정, 수질 측정 등의 다양한 분야에 활용될 수 있다.
이상의 실시 예들은 본 발명의 이해를 돕기 위하여 제시된 것으로, 본 발명의 범위를 제한하지 않으며, 이로부터 다양한 변형 가능한 실시 예들도 본 발명의 범위에 속하는 것임을 이해하여야 한다. 본 발명의 기술적 보호범위는 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이며, 본 발명의 기술적 보호범위는 특허청구범위의 문언적 기재 그 자체로 한정되는 것이 아니라 실질적으로는 기술적 가치가 균등한 범주의 발명에 대하여까지 미치는 것임을 이해하여야 한다.
100: 수소이온농도 측정 센서 110: 기판
120: 지시 전극 120a: 단일벽 탄소나노튜브 박막층
121: 단일벽 탄소나노튜브층 1211: 수소이온 감응부
1212: 연결부 122,133: 접점
130: 기준 전극 131: 전극
132: 단일벽 탄소나노튜브 필름 140: 커버부
141: 유입구 142: 챔버
143: 배출구 150: 측정부
160: 테이프
120: 지시 전극 120a: 단일벽 탄소나노튜브 박막층
121: 단일벽 탄소나노튜브층 1211: 수소이온 감응부
1212: 연결부 122,133: 접점
130: 기준 전극 131: 전극
132: 단일벽 탄소나노튜브 필름 140: 커버부
141: 유입구 142: 챔버
143: 배출구 150: 측정부
160: 테이프
Claims (21)
- 기판;
상기 기판상에 형성되는 지시 전극;
상기 기판상에 형성되는 기준 전극; 및
상기 기판을 덮어서, 상기 지시 전극과 상기 기준 전극으로 시료가 공급되도록 하는 챔버를 형성하는 커버부를 포함하며,
상기 지시 전극은,
적어도 일부가 상기 시료와 접촉 가능하도록 상기 기판상에 형성되고, 상기 시료의 수소이온과 감응하여 상기 시료의 수소이온농도에 따라 전위 값이 가변되는 단일벽 탄소나노튜브층을 포함하는 수소이온농도 측정 센서. - 제1 항에 있어서,
상기 지시 전극과 상기 기준 전극 간의 전위 차에 따라 상기 시료의 수소이온농도를 측정하는 측정부를 더 포함하는 수소이온농도 측정 센서. - 제2 항에 있어서,
상기 단일벽 탄소나노튜브층은,
상기 시료의 수소이온과 감응하는 기능과, 수소이온 감응에 따라 가변되는 전위 값을 상기 측정부로 전달하는 기능을 동시에 갖는 수소이온농도 측정 센서. - 제2 항에 있어서,
상기 단일벽 탄소나노튜브층은,
상기 시료와 접촉 가능하도록 상기 기판상에 형성되고, 상기 시료의 수소이온과 감응하여 상기 시료의 수소이온농도에 따라 전위 값이 가변되는 제1 단일벽 탄소나노튜브층을 포함하는 수소이온 감응부; 및
상기 기판상에 상기 수소이온 감응부와 연결되도록 형성되고, 상기 시료의 수소이온농도에 따라 가변되는 상기 전위 값을 상기 측정부 측으로 전달하는 제2 단일벽 탄소나노튜브층을 포함하는 연결부를 포함하는 수소이온농도 측정 센서. - 제4 항에 있어서,
상기 기준 전극은,
상기 기판상에 형성되는 단일벽 탄소나노튜브 필름; 및
상기 단일벽 탄소나노튜브 필름상의 적어도 일부에 형성되며, 기준 전위 값을 갖는 전극을 포함하며,
상기 단일벽 탄소나노튜브 필름,
상기 전극의 상기 기준 전위 값을 상기 측정부 측으로 전달하는 수소이온농도 측정 센서. - 제5 항에 있어서,
상기 전극은,
Ag/AgCl 전극을 포함하는 수소이온농도 측정 센서. - 제1 항 내지 제6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 커버부는,
상기 시료를 상기 챔버 안으로 유입하기 위한 유입구; 및
상기 시료를 상기 챔버로부터 배출하기 위한 배출구를 더 구비하는 수소이온농도 측정 센서. - 제1 항 내지 제6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 수소이온농도 측정 센서는,
마이크로플루이딕 칩 형태로 구현되는 수소이온농도 측정 센서. - 제1 항 내지 제6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 단일벽 탄소나노튜브층은,
상기 시료의 수소이온과의 감응에 따라 전자 구조와 페르미 레벨이 변화되는 반도체성과, 전위 값을 전달하는 금속성을 동시에 갖는 단일벽 탄소나노튜브로 이루어지는 수소이온농도 측정 센서. - 제1 항 내지 제6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 커버부는,
PDMS 재질의 몰드로 이루어지는 수소이온농도 측정 센서. - 기판;
상기 기판상에 형성되는 지시 전극; 및
상기 기판상에 형성되는 기준 전극을 포함하며,
상기 지시 전극은,
시료의 수소이온과 감응하는 단일벽 탄소나노튜브층을 포함하는 수소이온농도 측정 센서. - 제11 항에 있어서,
상기 단일벽 탄소나노튜브층은,
적어도 일부가 상기 시료와 접촉 가능하도록 상기 기판상에 형성되고, 상기 시료의 수소이온과 감응하여 상기 시료의 수소이온농도에 따라 전위 값이 가변되는 수소이온농도 측정 센서. - 제11 항에 있어서,
상기 지시 전극과 상기 기준 전극 간의 전위 차에 따라 상기 시료의 수소이온농도를 측정하는 측정부를 더 포함하는 수소이온농도 측정 센서. - 제13 항에 있어서,
상기 단일벽 탄소나노튜브층은,
상기 시료의 수소이온과 감응하는 기능과, 수소이온 감응에 따라 가변되는 전위 값을 상기 측정부로 전달하는 기능을 동시에 갖는 수소이온농도 측정 센서. - 제13 항에 있어서,
상기 기준 전극은,
상기 기판상에 형성되는 단일벽 탄소나노튜브 필름; 및
상기 단일벽 탄소나노튜브 필름상의 적어도 일부에 형성되며, 기준 전위 값을 갖는 전극을 포함하며,
상기 단일벽 탄소나노튜브 필름은,
상기 전극의 상기 기준 전위 값을 상기 측정부 측으로 전달하는 수소이온농도 측정 센서. - 제11 항 내지 제15 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 기판은,
플렉시블한 소재로 이루어지는 수소이온농도 측정 센서. - 기판상에 단일벽 탄소나노튜브층을 포함하는 지시 전극을 형성하는 단계; 및
상기 기판상에 기준 전극을 형성하는 단계를 포함하며,
상기 단일벽 탄소나노튜브층은,
적어도 일부가 상기 시료의 수소이온과 감응하여 상기 시료의 수소이온농도에 따라 전위 값이 가변되는 수소이온농도 측정 센서의 제조 방법. - 제17 항에 있어서,
상기 지시 전극을 형성하는 단계는,
진공여과법을 이용하여 상기 기판상에 단일벽 탄소나노튜브층을 박막 형태로 증착하는 단계;
광식각을 통해 상기 단일벽 탄소나노튜브층상에 감광성 고분자 패턴을 형성하는 단계;
상기 감광성 고분자 패턴이 형성된 상기 단일벽 탄소나노튜브층에 대해 축전결합 플라즈마 방식의 산소 플라즈마 처리를 수행하는 단계; 및
에탄올을 이용하여 상기 감광성 고분자를 제거하여 패터닝된 단일벽 탄소나노튜브층을 형성하는 단계를 포함하는 수소이온농도 측정 센서의 제조 방법. - 제17 항에 있어서,
상기 기판에 커버부를 덮어 상기 지시 전극과 상기 기준 전극으로 시료가 공급되는 챔버를 형성하는 단계를 더 포함하는 수소이온농도 측정 센서의 제조 방법. - 제19 항에 있어서,
상기 챔버를 형성하는 단계는,
소프트 식각법을 이용해 제작된 PDMS 몰드를 산소 플라즈마 처리를 통해 상기 기판상에 부착하는 단계를 포함하는 수소이온농도 측정 센서의 제조 방법. - 제17 항 내지 제20 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 지시 전극과 상기 기준 전극 간의 전위 차에 따라 상기 시료의 수소이온농도를 측정하도록 측정부를 연결하는 단계를 더 포함하는 수소이온농도 측정 센서의 제조 방법.
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